[논문 리뷰] Extrasolar planets and brown dwarfs around A-F type stars. IV. A candidate brown dwarf around the A9V pulsating star HD180777

F. Galland, A.‐M. Lagrange외 4명|ArXiv.org|2006. 02. 27.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 16인용 수 37

한 줄 요약

이 연구는 에이로드 이입 스펙트로그래프를 통해 얻은 도전 속도 측정을 바탕으로, A9V 펄세이팅 항성 HD 180777를 도는 최소 질량 25 M_Jup인 갈색왜성 후보의 탐지를 보고한다. 케플러 궤도 해석은 28.4일 주기를 나타내며, 잔차 도전 속도 변동은 γ Doradus 항성의 특징적인 내재 펄세이션으로 기인하며, 이는 초기형 항성에서 행성 신호와 항성 변동을 성공적으로 분리시켰음을 보여준다.

ABSTRACT

We present here the detection of a brown dwarf orbiting the A9V star HD180777. The radial velocity measurements, obtained with the ELODIE echelle spectrograph at the Haute-Provence Observatory, show a main variation with a period of 28.4 days. Assuming a primary mass of 1.7 Mo, the best Keplerian fit to the data leads to a minimum mass of 25 MJup for the companion (the true mass could be significantly higher). We also show that, after substraction of the Keplerian solution from the radial velocity measurements, the residual radial velocities are related to phenomena intrinsic to the star, namely pulsations with typical periods of Gamma Dor stars. These results show that in some cases, it is possible to disentangle radial velocity variations due to a low mass companion from variations intrinsic to the observed star.

연구 동기 및 목표

• A-F형 주계열 항성 주위에서 외계 행성과 갈색왜성을 탐지하기 위해, 도전 속도 조사에서 미처 다루지 않은 영역을 메우기 위해.
• 약한, 넓은, 겹쳐진 스펙트럼 선으로 인해 A-F 항성의 도전 속도 측정에 어려움을 겪는 문제를 해결하기 위해.
• 저질량의 원반과 관련된 도전 속도 변동을 내재된 항성 펄세이션, 특히 펄세이션으로 인한 것과 분리하기 위해.
• 더 질량이 큰 항성 주위에서 갈색왜성의 형성과 분포를 조사하여, 행성 질량 함수를 더 이르은 유형의 항성으로 확장하기 위해.
• 행성 형성 메커니즘이 주항성 질량에 따라 비례하는지, A형 항성 주위의 원반을 연구함으로써 평가하기 위해.

제안 방법

• 690일 동안 하이 프로브 프로방스 관측소의 ELODIE 섬유 공급형 에클레 스펙트로그래프를 사용하여 도전 속도를 측정하였으며, 고신호대비비율(S/N) 스펙트럼 45개를 확보하였다.
• A-F형 항성에 적용된 새로운 도전 속도 방법을 사용하여, 강한 Th 선으로 인한 오염을 방지하기 위해 동시에 토륨-아르곤 램프를 사용하지 않았다.
• 도전 속도 데이터에 케플러 궤도 피팅을 수행하여 잠재적 원반의 신호를 모델링하였으며, 최적의 주기는 28.4일로 도출되었다.
• 케플러 궤도 해석 후 잔차 도전 속도를 주기적 신호를 탐지하기 위해 주기도 분석을 통해 분석하였다.
• 선형형태 변화와 도전 속도 잔차 간의 상관관계를 확인하기 위해 비세터 스펙트럼 분석을 사용하였으며, 선형형태 변화가 관측된 산란의 원인임을 확인하였다.
• 잔차의 푸리에 분석을 통해 고주파 펄세이션 신호를 식별하였으며, 주요 주파수는 1.324 사이클 d⁻¹ (18.1시간)과 3.626 사이클 d⁻¹ (6.6시간)로 확인되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 스펙트럼적 과제가 존재하는 A-F형 주계열 항성 주위에서 도전 속도 기법을 사용하여 저질량 원반, 예를 들어 갈색왜성을 탐지할 수 있는가?
• RQ2 A형 항성의 내재된 펄세이션은 도전 속도 신호를 행성 또는 갈색왜성 원반의 것과 유사하게 만들거나 가리킬 정도로 강한가?
• RQ3 선형형태 분석을 통해 항성 펄세이션으로 인한 도전 속도 잔차와 궤도 운동으로 인한 잔차를 구별할 수 있는가?
• RQ4 HD 180777 주위의 잠재적 원반의 질량과 궤도 주기는 무엇이며, 기존의 갈색왜성 분포와 비교해보면 어떠한가?
• RQ5 A9V 항성 주위에서 갈색왜성의 탐지 결과는 행성 형성 과정이 주항성 질량에 따라 비례한다는 가설을 지지하는가?

주요 결과

• 최소 질량 25 M_Jup인 갈색왜성 후보가 HD 180777를 도는 것으로 탐지되었으며, 최적의 궤도 주기는 28.4일이었다.
• 케플러 궤도 해석 후 잔차 도전 속도의 산란은 측정 불확도 64 m s⁻¹보다 훨씬 높은 394 m s⁻¹로 나타났다.
• 두 주요 펄세이션 주파수를 확인하였으며, 1.324 사이클 d⁻¹ (주기 18.1시간, 가짜 경고 확률 0.34%)과 3.626 사이클 d⁻¹ (주기 6.6시간, 가짜 경고 확률 8.4%)였다.
• 펄세이션에 의해 유도된 도전 속도 변동의 진폭은 약 239 m s⁻¹에 도달하였으며, 이는 γ Doradus 유형의 펄세이션과 일치하였다.
• 28.4일 주기 신호는 고주파 펄세이션 신호의 앨리아스가 아니며, 잔차의 주기도 분석에서 여전히 뚜렷하게 유지됨을 확인하였다.
• 항성 HD 180777는 펄세이션 주파수와 항성 질량 1.7 M_⊙로 인해 γ Doradus 항성으로 분류되며, 이는 일반적인 γ Doradus 항성 질량 범위인 1.2–1.9 M_⊙ 내에 포함된다.